项目设计的前言：作为一个嵌入式的工程师，在编写代码时候，难免会遇到不同电平之间的转换。例如：RS485通讯方式，RS232，TTL信号，为了查看通讯之间数据的正确性，经常使用到不同的电平转换模块，还需要一个USB转串口工具，将数据上传到PC端，这样我们才能将查看控制器或者是负载返回的数据，为了避免调试代码起来方便，让自己的工作变得整洁，方便我们自己的工作，前端时间正好研究SPI通讯方式的NRF24L01这款无线芯片，利用业余时间做了一个无线通讯模块。在这里分享一下开发的经验。

1 T! K) \/ j9 U3 B) P一：部分原理图设计：
( ^+ k7 Q  R$ a# h

二：PCB图展示：
9 @2 g- p- H1 `+ E- k: [
5 ~' D! Q: \) c# P
三：软硬件设计的思路：
8 B* F' Y$ v5 Y# ?* @
在本次项目中使用主控为STM32F103C8T6芯片，当时使用该块芯片是因为该款芯片具有USB功能，该芯片可以虚拟一个USB的串口进行数据交互，而且封装也比较小，在PCB布局方面比较简单。
/ G& i$ h& o: ^4 f
无线模块采用的是一款SPI通讯的NRF24L01芯片，在实际的使用过程中比较稳定，可以满足数据之间的交互。
- w, o2 f! F; E8 K* H( Y& s0 F) S7 q
% V# u( B" J0 S软件设计思路：利用串口1的引脚的接收发送引脚，使用消息队列的方式，可以将USB下发的的数据发送出去。
6 `' a& c5 F; I5 d/ M- T
( S: f% p+ y) ~! L9 t  e使用串口2完成与SPI之间的交互，
+ ^9 Z+ L9 g) s* g, v3 N
& A- k! l8 f0 G* E" C; D4 F软件配置参数：使用STM32cube MX软件生成USB，SPI，串口底层的驱动部分，这样开发起来也比较容易；

cube软件配置图如下，主要是对该项目中使用到的引脚进行配置

8 ^- U6 _' k% N: D) X
7 U, o% t: O" m. j
部分软件代码：
1 s( T' z  l. s% M
) b- C8 b4 l$ p. m) R3 C3 f```abc
                if(sd == 0)
                {
! e# X/ ]& Z0 _. a( V% j                        USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口
1 Y  ]$ ]% O$ C/ h+ W) |! x                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype )
                        {
, p& y$ l8 q" d$ f% n2 ]# ~# i1 ?                                if(        usart2_flag == 0 )
, d' m4 Z: g7 S: h5 t1 }3 h                                {
/ |0 @4 N! d& W6 a                                        uart2_config_change(linecoding);
                                        memcpy((void *)(&linecoding_old),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
                                }
# e+ N- A7 r# T# g% g: |$ I                        }
8 K$ Z* u* Y* S7 k+ L" [6 s                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0)
3 R- v7 d" _$ K8 ~' z9 {% N0 R                        {
                                QueueElementByte data_byte;
; @& x$ M2 \; H+ V) T5 N! o! t0 D                                usart2_flag = 1;
                                if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
                                {
                                        USART_SendData(USART2,data_byte.buffer);
                                }
                                USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
                        }
. W2 f" U/ U. V# S' F8 S' r  `9 z- S1 q              
                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
5 E" F! W3 w: R& U% Q3 c                        {
                                SetEPRxValid(ENDP6);
2 o5 |' v: e# D                        }
                        if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
6 w# K; \7 E7 e4 w+ o4 t1 q5 N7 A                        {
0 I# e+ o0 h9 H; Z7 e5 v                                if(CDC_MAXSIZE - queue_size(&Qusart2Send) >= 64 )
                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                        }

                        if(nrf_state == 0)
8 ]$ v2 c3 I% D/ {0 F+ \3 q                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                }
                else
. {& B" i  {9 M7 U6 }1 h% m                {
                        USART_Cmd(USART2, DISABLE);                    //失能串口
% ~, w9 Z- P5 `# V4 Q                        if(nrf_state == 0)
8 M( \% ?! u8 V                        {
  D) D: s/ X, n/ I2 L                                if(dap2nrf_Data() == -1)
4 g  t( e! B, T9 P, ]' e/ H                                {
  X5 m' O, H* |: C: z5 P  `                              
3 _/ D! v; c' c9 H2 y, i8 i: l                                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
' `% p9 z# L# E                                        {
8 W) r1 R/ H# s                                                SetEPRxValid(ENDP6);
                                        }
                              
                                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
( f0 @1 m: T# D$ `2 O                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype        )
                                        {
/ u: K, I; e8 F% v: r9 V0 H& n                                                buffer[0] = 33;//特殊串口设置指令
                                                memcpy((void *)(buffer+1),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
, O; o* x, c7 R+ ~0 `% g* u                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,sizeof(linecoding)+1);
                                        }
                                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0)
1 S$ Y4 q' X8 E+ C3 T5 s% s                                        {
& n- O" d' u; w6 V                                                QueueElementByte data_byte;
8 J; Q; H, S. Q  v" x                                                for(i = 1; i < 32; i ++)
                                                {
! g" r, N( J1 [+ n. [                                                        if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == -1 )
                                                                break;
                                                        buffer = data_byte.buffer;
                                                }
                                                buffer[0] = i - 1;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,buffer[0]+1);
/ W$ C' w9 h2 p) d1 _" n5 j                                        }
                                        else
: u0 z% B' d4 t) n$ ?; P5 Z+ W                                        {
                                                if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
4 _3 Y7 o" {0 d4 @1 D- w                                                {
3 K0 F* n' e! v                                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                                                }
                                                buffer[0] = 0;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                                        }
9 }; W( N  ^( _2 c* `! g# ]                              
                                }
# z9 b/ J  t6 y- `1 I% `  }& Y                        }
                }
4 W1 O5 z; e. B: }5 E8 i+ H```
2 m( W' j  l* F! M6 v9 K( f7 s
( I, C9 h' B! q9 e) b实物使用截图如下：
9 K! I1 o) J1 }  }* T. O

在实际使用中发现，硬件功耗大概在130ma左右，在数据交互的时候功耗会增加至170ma左右，不过并不影响模块的使用。
0 G( V" H# k8 z& Q5 H' f  Y4 o
- E# j( ~2 L) ?/ A* x2 I* i$ y使用该模块的最大好处就是可以让硬件工程师的桌面更加的整洁。

硬件设计的时候，设计注意事项：
2 G3 ^) ]5 f& B$ {/ [# q
; F) x( k: y7 ?' I使用PS7516用作升压芯片，将电池电压3.7V升压至5V，为外设可以提供5v的电压输出。
4 j2 G) B) i+ F  e" x( G
MP2155为降压型LDO，具有可关断功能，当不使用时候，可以使整个系统处于低功耗状态，从而延长电池寿命。

  }4 ]% y2 A" u3 M! F+ [. p. _PW4054为锂电池充电芯片，可使用type-c为电池充电，充电电流由R26取样电阻设定。

同时PL5356A芯片为锂电池电压检测芯片，可以显示当前的电池电量，后期将电池电压分压至单片机的ADC内，从而精准的检测电池电压。

8 o' g5 p/ U+ n" `7 A在软件开发时候，有以下的注意事项：
" t* H4 s1 q  p: z
抗干扰能力：NRF24L01工作在2.4GHz频段，该频段易受到WiFi、蓝牙等设备的干扰。在布局布线时要尽量减少干扰源的影响，并合理设置通信参数以提高抗干扰能力。

功耗管理：在不需要通信时及时将NRF24L01置于待机模式或掉电模式以降低功耗。
: m2 t3 m( @( `. @8 m6 L. P+ O! K
距离与障碍物：无线通信距离受环境因素影响较大，障碍物会严重影响通信质量。在实际应用中要考虑通信距离和障碍物的影响并采取相应的措施。
* q- p2 n2 o# l) F/ k* f
5 k2 l" J6 r  o" D3 gNRF24L01的开发过程需要仔细规划硬件连接、合理配置软件参数、掌握调试技巧并关注实际应用中的注意事项。通过不断的实践和总结可以逐渐提高开发效率和应用效果。
2 N0 y8 O; y7 g+ x7 Y4 ~1 @. x
原理图见附件：

" ?6 @+ n* U& @

8 U. J" s* ^2 S! |! g重新上传一下　原理图！！！
. a8 w, T8 y$ X+ H' E  C 无线下载器原理图.pdf (1.56 MB, 下载次数: 2)

2024-12-25 16:51 上传

点击文件名下载附件
) u  z* ^$ _! w' L. U# J2 n$ @+ ~